19. Подуровень управления доступом к среде. Система aloha

Главной проблемой любых широковещательных сетей является вопрос о том, как определить, кому предоставить канал, если пользоваться им одновременно хотят несколько компьютеров. Протоколы, применяющиеся для определения очередности предоставления канала относятся к подуровню передачи данных, называемому управление доступом к среде (MAC). Этот подуровень особенно важен в локальных сетях, так как почти все они используют канал множественного доступа. Центральная проблема – распределение одного широковещательного канала между многочисленными пользователями, претендующими на него.

В 70-х годах Норман Абрамсон и его коллеги из Гавайского университета разработали новый метод решения проблемы распре-деления каналов, получивший название ALOHА. Существует 2 версии системы ALOHA: чистая и дискретная. Они отличаются тем, делится ли время на дискретные интервалы, в течение которых передаются кадры, или нет. В чистой системе ALOHA не требуется общая синхронизация времени, а в дискретной требуется.

1.Чистая система ALOHA

В основе системы ALOHA лежит простая идея: разрешить пользователям передачу, как только у них появляются данные для отсылки. Конечно, при этом будут столкновения, и столкнувшиеся кадры будут разрушены. Однако благодаря свойству обратной связи широковещательной системы отправитель всегда может установить, дошел ли его кадр до получателя или был разрушен. Для этого ему нужно просто прослушивать канал, как это делают все остальные пользователи. В локальных сетях обратная связь мгновенная, а в спутниковых системах существует задержка в 270 мс, и только после этого отправитель может узнать, насколько успешной была передача. Если кадр был уничтожен, отправитель просто выжидает некоторое случайное время и пытается переслать этот кадр снова. Время ожидания должно быть случайным. В противном случае при равных фиксированных интервалах времени ожидания коллизии будут повторяться снова и снова. Системы, в которых несколько пользователей используют один общий канал таким способом, что время от времени возникают конфликты, называются системами с конкуренцией.

Когда два кадра одновременно пытаются занять канал, они сталкиваются и уничтожаются. Даже если только один первый бит второго кадра перекрывается последним битом первого кадра, оба кадра уничтожаются полностью. При этом оба кадра будут переданы позднее повторно. Контрольная сумма не может (и не должна) отличать полную потерю информации от частичной. Потеря есть потеря.

Эффективна ли такая система? лучшее, на что мы можем надеяться, — это использовать канал на 18 %. Этот результат несколько разочаровывает, однако в случае, когда каждый передает, когда хочет, трудно ожидать стопроцентного успеха.

2.Дискретная система ALOHA

В 1972 г. Робертс опубликовал описание метода, позволяющего удвоить производительность систем ALOHA. Его предложение заключалось в разделении времени на дискретные интервалы, соответствующие времени одного кадра. При таком подходе пользователи должны согласиться с определенными временными ограничениями. Одним из способов достижения синхронизации является установка специальной станции, испускающей синхронизирующий сигнал в начале каждого интервала.

В системе Робертса, известной под названием дискретная ALOHA, в отличие от чистой системы ALOHA Абрамсона, компьютер не может начинать передачу сразу после нажатия пользователем клавиши Enter. Вместо этого он должен дождаться начала нового такта. Таким образом, непрерывная чистая система ALOHA превращается в дискретную. Для дискретной системы ALOHA в оптимальной ситуации 37 % интервалов будут пустыми, 37 % — с успешно переданными кадрами и 26 % — со столкнувшимися кадрами. При увеличении количества попыток передачи в единицу времени количество пустых интервалов уменьшается, но увеличивается количество конфликтных интервалов.